Диффузионная металлизация – это насыщение поверхностного слоя стали алюминием, хромом, цинком, кремнием и др.
Различают следующие основные способы диффузионной металлизации:
* погружение в расплав металла
* диффузия из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент
* путем испарения диффундирующего элемента из газовой среды
Различают следующие виды диффузионной металлизации.
АЛИТИРОВАНИЕ
Это диффузионное насыщение поверхностного слоя металла алюминием
Цель алитирования – повышение окалиностойкости (до 900оС), при этом образуется плотная пленка окислов Аl2O3, предохраняющая металл от окисления, повышения коррозионной стойкости.
Алитирование осуществляется погружением деталей в расплавленный алюминий (660оС)
толщина слоя 0,2-1 мм
структура алитированного слоя - твердый раствор алюминия в альфа-железе.
Алитированию подвергают чехлы термопар, топливники газогенераторных машин, детали разливочных ковшей и др. детали, работающие при высоких температурах.
ХРОМИРОВАНИЕ
Это насыщение поверхностного слоя хромом.
Цель – повышение окалиностойкости до 800оС, коррозионной стойкости в морской воде и азотной кислоте, увеличения твердости и износостойкости
Диффузионный слой состоит из твердого раствора хрома в альфа-железе, карбидов хрома
толщина слоя – 0,1-0,15 мм
Хромированию подвергают детали паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапаны, вентили, детали, работающие на износ в агрессивных средах.
СИЛИЦИРОВАНИЕ
Это насыщение поверхностного слоя кремнием
Цель – повышение коррозионной стойкости в морской воде, азотной и серной кислотах, износостойкости.
Силицированный слой состоит из твердого раствора кремния в альфа-железе
Толщина слоя – 0,3-1мм
При низкой твердости износостойкость силицированного слоя велика.
Силицированию подвергают детали химического оборудования, бумажной и нефтяной промышленности – валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты и др.
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ТМО)
Это широко применяемый в машиностроении эффективный способ упрочнения металлов. Он позволяет повысить механические свойства по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске.
ТМО заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой.
Цель ТМО - получение высокой твердости в сочетании с высокой вязкостью и устранение отпускной хрупкости.
Формирование структуры закаленной стали происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом.
Пластическое деформирование при ТМО производят прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами обработки металлов давлением.
В процессе пластической деформации аустенита возникает наклеп, обуславливающий создание мелкоблочной структуры, затем немедленно следует закалка, фиксирующая особо тонкую структуру, созданную наклепом. Образуется высокодисперсный мартенсит.
Различают два основных способа ТМО, в зависимости от того, в каком температурном интервале производится пластическая деформация:
ВТМО- высокотемпературная термомеханическая обработка
НТМО – низкотемпературная термомеханическая обработка
При ВТМО сталь деформируют при температуре выше Ас3.
Степень деформации составляет 20-30%. после деформации немедленно следует закалка во избежании развития процесса рекристаллизации.
После ТМО: Ϭ = 220-300 Мпа δ =6-8 %
После закалки и отпуска Ϭ = 200 –220 Мпа δ = 3-4 %
При НТМО сталь деформируют в зоне существования переохлажденного аустенита (400- 600оС). Температура должна быть выше Мн, но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации – 75-95%.
Механические свойства при НТМО выше, чем при ВТМО
Ϭ = 260-300 Мпа δ = 6%
Проведение НТМО более сложно по сравнению с ВТМО. Требует более мощные деформирующие средства, т.к. аустенит при 400 оС менее пластичен.
Сочетание высокой прочности и пластичности при НТМО позволяет использовать ее при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Лекция 11
«Легированные стали»
Углеродистые стали, которые мы изучали, во многих случаях не отвечают высоким требованиям, предъявляемым к материалам современной техники. Они доступны, относительно не дороги, технологичны (хорошо обрабатываются, свариваются), но зачастую не отвечают всему комплексу свойств, предъявляемых к современным материалам.
Наибольшее распространение для изготовления ответственных деталей и конструкций в машиностроении, энергетике, строительстве и на транспорте имеют легированные стали.
Легированные стали – это стали, в которые для получения определенных свойств специально введены элементы, называемые легирующими. Например, хром, никель, вольфрам, алюминий и др.
Легирующие элементы изменяют химический состав, строение и свойства стали: повышают прочность, твердость при сохранении высокой пластичности, увеличивают прокаливаемость стали. Легированные стали могут обладать такими свойствами как жаропрочность, жаростойкость, коррозионной стойкостью, особыми электрическими или магнитными свойствами.
При этом нужно иметь в виду, что основные преимущества легированных сталей проявляются только после правильно выбранной термической обработки, которой обязательно должны быть подвергнуты легированные стали.
Рассматривая легированные стали необходимо прежде всего выяснить как легирующие элементы взаимодействуют с основными компонентами стали – железом и углеродом.
С железом – легирующие элементы могут образовывать следующие фазы:
* твердые растворы
* интерметаллиды (соединения металла с металлом)
* С углеродом - они могут образовывать специальные карбиды.
По влиянию на полиморфизм железа легирующие элементы делятся на две группы: